- Классификация ферментеров

КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТЕРОВ

         В зависимости от  осуществляемых в них процессов, ферментеры могут быть разделены на следующие группы:

     1. аэробные, анаэробные;

     2. периодические, непрерывные;

     3. стерилизуемые, не стерилизуемые;

     4. целевой продукт в клетках, вне клеток;

     5. глубинные на растворимых и не растворимых субстратах;

     6. близкие к идеальному  перемешиванию,  идеальному  вытеснению.

Рекомендуемые материалы

       Однако перечисленные группы процессов не равноценны по  влиянию на конструкции ферментеров и определить  их  конструктивные  особенности по данной классификации практически невозможно. В то же  время на практике часто одни и те  же  ферментеры  по  этой  классификации используют для проведения разных процессов.

     Наиболее универсальна и  чаще  всего  применяется  на  практике  классификация ферментеров по способу ввода энергии в аппарат (по способу осуществления процессов аэрирования и перемешивания):

     1.- с газовай фазой;

     2.- с жидкой фазой;

     3.- с газовой и жидкой фазой (комбинированные).

     Для аэробных процессов аэрирование и перемешивание является, безусловно, важнейшей процедурой. Поскольку транспорт кислорода через клеточные мембраны осуществляется по диффузионному механизму, то это предполагает наличие более высокой концентрации кислорода в культуральной жидкости (вне клетки). Сложность достижения необходимого уровня аэрирования (насыщения культуральной жидкости кислородом) заключается в низкой растворимости кислорода в воде. При этом многие компоненты культуральной среды дополнительно снижают растворимость кислорода. Все это не позволяет использовать клеточные культуры с высокой плотностью (концентрацией), что в свою очередь снижает выход целевого продукта с единицы объема аппарата.

Ферментеры с подводом энергии газовой фазой (группа ФГ).

Общим признаком этих аппаратов является  ввод  энергии  газовой фазой, которая является  ее  носителем  и  за  счет  которой  осуществляется   процесс   перемешивания.    Эта    группа    ферментеров характеризуется, прежде всего, простотой конструктивного исполнения  и высокой  эксплуатационной  надежностью   в   связи   с   отсутствием движущихся узлов и деталей. В простейшем виде такой ферментер  представляет собой сосуд в который через барботер подводится воздух  или какая ни будь специальная газовая газовая  смесь.  Пузырьки, выходящие из барботера  осуществляют  процессы  аэрирования,  перемешивания  и термостатирования в культуральной жидкости. Для улучшения  процессов массо- и теплообмена используют  различные  конструктивные  решения, направленные на прежде всего на более равномерное и быстрое распределение пузырьков воздуха по всему объему аппарата.  Среди конструкций таких ферментеров наиболее  распространены  барботажные, барботажно-газлифтные,  тарельчатые  колонные, насадочные колонные  и ряд других. Подвод или отвод  (по  необходимости) тепла в таких аппаратах осуществляется  встроенными  внутри аппарата теплообменниками различной конструкции.

Ферментеры с подводом энергии жидкой фазой (группа ФЖ).

        Обычно энергия в аппаратах этой группы передается  жидкой  фазе с помощью насоса. При этом подаваемая в ферментер жидкость вводится в аппарат через  специальное  устройство  (сопло,  эжектор, диспергатор и т.д.). Различают в общем случае три  типа  конструкций таких аппаратов:

а) ферментеры эжекционные (ФЖЭ);

         б) ферментеры струйные (ФЖС).

          в) ферментеры с самовсасывающими мешалками (ФЖСМ);

         В ферментерах эжекционного типа, работающих в режиме рециркуляции, подаваемая в ферментер культуральная жидкость проходит под давлением через специальное устройство называемое эжектором (инжектором), в котором происходит ее интенсивное перемешивание с воздухом и насыщение кислородом. Далее образовавшаяся газо-воздушная струя под большим давлением вводится в ферментер с боку, перемешивая содержимое и распределяя пузырьки воздуха по всему объему аппарата.

        Недостатком   аппаратов   является  необходимость  применения  специальных  насосов  для   перекачивания газосодержащих культуральных жидкостей.

         Струйные ферментеры конструктивно разделяются на  два  типа:  с  “затопленной”   и   “падающей”   струей.   В   первом   случае   струя  газо-жидкостной  смеси  вводится  в  культуральную   жидкость сверху  через  погруженную в нее трубу, во втором - подается в нее под давлением  с определенной высоты.  Образование  газожидкостной  смеси,  как  и  в случае эжекционных ферментеров, осуществляется при помощи  эжектора, находящегося во внешнем циркуляционном контуре. Недостатки  струйных ферментеров аналогичны недостаткам эжекционных.

        В отличие от эжекционных и струйных, ферментеры  с   самовсасывающими   мешалками   являются   довольно простыми аппаратами, так как не  требуют  специальных  воздуходувных машин  для   подачи   воздуха   в   аппарат.   Поступление   воздуха осуществляется за счет разрешения, возникающего за задней кромкой лопасти мешалки при ее движении в жидкости. В лопастях такой мешалки воздушные каналы, которые через полый вал соединяются с  воздуховодом.  Такие аппараты широко применялись в СССР при микробиологическом производстве кормового белка. К недостаткам  этой схемы можно отнести трудность оптимизации и управления всей совокупностью массообменных и гидродинамических процессов в таком ферментере.

Ферментеры с подводом энергии жидкой и газовыми фазами (ФЖГ).

        Основным  конструктивным  элементом  таких   аппаратов   является перемешивающее  устройство,  обеспечивающее  высокую   интенсивность  растворения  кислорода  и  высокую  степень  диспергирования   газа,  нераство-римых  субстратов  и  гомогенизации  среды.  К  этой  группе аппаратов относятся такие ферментеры, у  которых  энергия  к  жидкой фазе подводится одновременно перемешивающим  устройством  и  насосом или только насосом.  Энергия  с  газовой  фазой  при  этом  вводится обычным способом (через барботер). Соответственно  различают  и  два типа таких аппаратов.

Информация в лекции "Публичная коммуникация и ее формы" поможет Вам.

   а)  Ферментеры с перемешивающими устройствами (ФЖГМ).

Перемешивающее устройство таких ферментеров  выполняется  в  виде вала с установленными на нем одной или  несколькими  мешалками.  Под нижней  мешалкой  у  днища  обычно  расположен   газораспределитель (барботер), который может  быть  как  вращающимся,  так  и  неподвижным.  Внутри аппарата размещаются теплообменники.

     б) Ферментеры комбинированные (ФЖКХ).

        В аппаратах такого типа перемешивание осуществляется насосом или одновременно мешалкой  и  насосом.  Воздух в аппарат при этом подается через барботер.